珊瑚鎢礦急傾斜極薄礦脈群聯合開采方案優選

危流永，張 寶，宋 甫，萬 兵，李向東

(1. 廣西桂華成有限責任公司， 廣西 賀州市 542800；2. 長沙礦山研究院， 湖南 長沙 410012)

0 引 言

珊瑚礦為廣西桂華成有限責任公司下屬的地下金屬礦山，開采歷史悠久，1950年由平桂礦務局組織露天開采，1960年轉入井下生產，年處理礦石33萬 ，產鎢精礦(65%)1600 t，錫精礦金屬噸350 t。資源以鎢、錫為主，伴生銅、鋅等元素，現已經探明的保有鎢錫金屬儲量21萬t。

珊瑚礦礦脈屬熱液氣化高溫鎢錫石英脈型礦床。礦床上部賦存于中泥盆統東崗嶺組灰巖和郁江組砂、頁巖內，在平面上為多條脈大致平行呈群狀分布。礦脈平均厚0.42 m，走向15°～40°，傾向南東，傾角在65°～89°，屬急傾斜極薄礦脈。礦脈和圍巖界線清晰，絕大部分地段礦石與圍巖穩固。水文地質條件屬中等-復雜型。地表不允許崩落。

目前，珊瑚礦采用“平硐+主副豎井+主副斜井”聯合方式開拓，中央進風兩翼抽出式通風系統，生產中段有75、35 m和-5 m，采用留礦法開采。

1 珊瑚礦極薄礦脈群開采難題分析

目前，珊瑚礦采用留礦法開采極薄礦脈群時遇到的難題有兩大方面。

(1)采場作業安全條件差。由于礦脈厚度小，為了減少貧化，采幅一般為1.1～1.2 m，開采空間小，采場局部在放礦時，容易形成“空洞”，人員再進入采場作業，易發生安全事故。在開采平行礦脈時，當一個采場開采結束后形成的采空區，會影響臨近范圍(約4～8 m)礦脈的開采。靠近采空區一側時常出現大范圍裂縫，易發生大面積冒落、坍陷，給采場工人生命財產帶來威脅。

(2)礦石損失貧化嚴重，損失率25%～30%，若上盤圍巖穩固性很差或者礦脈產狀發生變化(錯位或者傾角變緩)時，礦石損失率達到50%，貧化率60%～80%。究其原因，主要有5個：

由于珊瑚礦受斷層影響，連續性比較差，若礦脈的傾角變緩或者礦脈發生錯位，留礦法不能靈活調整，適應性較差，不能放出的礦石會損失；

由于珊瑚礦礦脈多條大致平行且呈群狀分布，對于距離較近礦脈群，采用留礦法回采時，由于采場相互影響大、安全性差，常會丟棄不能采下的礦石，造成損失,井下部分已完成開拓的該類礦脈群因品位高均未進行開采，積壓大量資金;

現行留礦法開采的采場，當礦脈圍巖穩固性較差或靠近采空區時，大量放礦容易發生頂底板大面積冒落，冒落的大塊會在漏斗處“卡死”，造成無法放出爆下礦石，采場易“報廢”，大量采下礦石無法放出而被永久損失；

當采用留礦法開采極薄礦脈時，必須將一部分圍巖連同礦石一起采下，以提供足夠寬的作業空間，混入的廢石無法與礦石分開，造成了大量的貧化。特別是對于小于0.6 m的礦脈，廢石混入率非常高，貧化率高達60%～80%;

在部分采場圍巖穩固性較差的采場或靠近采空區的采場，在大量放礦期間圍巖極容易大范圍冒落，與礦石一同放出，進一步加大貧化。

對于高價值的國家戰略礦產資源鎢錫礦，如此高損失是一種巨大浪費。另外，受高貧化影響，井下運輸提升以及選礦加工消耗了大量的人力、物力和財力，特別是在豎井提升能力有限的情況下。

因此，較大范圍采用留礦法開采該類礦脈群是不合理的，必須尋求合理、經濟、安全的開采方案，大幅降低損失、貧化，減少資源浪費，提高出礦品位，提升企業長期經濟效果，實現降貧損增效益和企業的可持續發展。

2 極薄礦脈群聯合開采方案初選

2.1 極薄礦脈群開采技術現狀分析

急傾斜極薄礦脈在我國金屬礦山中有比較廣泛的分布，由于礦脈厚度小，采場作業空間小，機械化程度較低，勞動強度大，該類礦脈的開采一直是困擾著地下礦山生產的難題之一。開采該類礦脈以留礦法為主，特別是在以急傾斜極薄礦脈為主的鎢礦床開采中占80%，削壁充填法次之。

留礦法是空場法的一種，其優點有：采場結構及回采工藝簡單，生產能力較高，組織管理方便，開采成本低。但是，該方法需要采下大部分圍巖，貧化很大，一般在50%～80%；與削壁充填法相比，對礦脈賦存狀態變化適應性較差，作業安全性差。

削壁充填法，是分層充填法的一種，近年來使用比例有所上升，特別是稀有、貴重金屬礦床，優點是：可以通過在廢石充填料面上鋪設膠墊，避免高品位粉礦混入充填料中造成損失，損失率可控制在8%以下；可以實現分采分選，能最大限度地降低廢石混入率，貧化率可控制在20%以下，出礦品位高；將削下圍巖充填到采空區有效地支撐圍巖，利于地壓管理；作業安全可靠；靈活性好，適于開采成群礦脈。但是，工藝復雜，勞動強度大，礦塊生產能力低，對組織管理要求高，開采成本很高。

2.2 極薄礦脈群開采技術發展趨勢分析

近些年來，極薄礦脈群開采技術呈現三個發展趨勢。

(1) 低貧損開采。低貧損開采主要是指通過選擇先進、合理回采工藝和技術，降低極薄礦脈群開采過程中的損失和貧化，提高礦石回收率和出窿品位，實現低貧損開采，盡可能地減少留礦法的應用，推廣應用充填法。

(2)無軌機械化高效開采。無軌機械化高效開采是指采用無軌自行設備和與之相適應的采準系統，加大采場結構尺寸，盡可能提高采場長度、分層回采高度和階段高度，以實現礦脈群的大礦塊強化回采。同時，在一定長度上將多條礦脈作為一個對象進行采準布置及回采設計，減小采切比，提高礦塊生產能力，尋求礦脈群組合開采的最佳模式，提高采場綜合生產能力和勞動生產率，實現高效低成本開采。

(3)無廢開采與綠色礦山。綠色礦山，也指無廢化開采，即在回采作業中，盡可能不破壞、污染周圍環境，真正做到“廢石不出坑，尾礦不入庫”；在采出礦石的同時，將廢石、尾礦充入地下采空區，以保護好人類賴以生存的環境，將可持續發展的觀念深入到采礦作業的每一環節之中，尋求礦山的可持續發展。

根據珊瑚礦極薄礦脈群開采技術條件，結合國內外礦山的開采技術現狀與趨勢，提出以下6種在裝備、技術和組織管理上可行的聯合開采方案：

方案Ⅰ——人工出礦削壁充填法；

方案Ⅱ——電耙出礦削壁充填法；

方案Ⅲ——機械化連續削壁充填法；

方案Ⅳ——削壁充填留礦法；

方案Ⅴ——上向水平分層全尾砂膠結充填法；

方案Ⅵ——留礦法。

由于影響開采方案最終效果的因素眾多，且采礦活動對人員和周圍環境的影響也是多方面的，單由某一因素的優劣來確定一個方案是不充分的。以下將采用能將定性指標和定量指標統一起來的、可以進行多因素綜合定量比較分析的模糊綜合評判法和方案經濟效果分析法對急傾斜極薄礦脈群聯合開采方案進行定量對比分析，以尋求安全高效、經濟合理的開采工藝方法。

3 開采方案模糊綜合評判

3.1 模糊綜合評判法

模糊綜合評價法是一種基于模糊數學的綜合評標方法，根據模糊數學的隸屬度理論把定性評價轉化為定量評價，即用模糊數學對受到多種因素制約的事物或對象做出一個總體評價。它具有結果清晰，系統性強的特點，能較好地解決模糊的、難以量化的問題，適合各種非確定性問題的解決，其在開采方案的優與劣選擇上有著獨特優勢和強大功能。模糊評判優選的主要步驟有如下3個。

(1)確定方案選擇的比較因素和指標。影響方案選擇的因素很多，主要按照勞動生產率、經濟、資源利用率、安全、合理程度等幾類進行選擇，如：生產能力、開采成本、千噸采切比、損失率、貧化率、安全狀況、通風條件、勞動強度、工藝復雜程度、對礦脈適應性。

(2)確定各因素的權重值。各因素對方案選擇的重要程度是不相同的，需根據礦山具體條件確定各因素的權重值。為減少專家評議法的主觀影響，在此采用層次分析法確定權重值。分析第一步首先是根據各因素的隸屬關系建立層次結構模型，1～9標度方法兩兩比較，進行重要性評價，得出模糊判斷矩陣。在開始多目標模糊優選之前，需對各因素的指標進行無量綱化，以使各因素具有可比性。

(3)定性指標賦值。對定性指標采用等級評定法，按9級賦值(0～1.0)標準給出評定值。

3.2 方案模糊綜合評判

根據上述模糊綜合評判原理和步驟，得到珊瑚礦急傾斜極薄礦脈群適宜方案的主要因素指標表(見表1)。

表1 開采方案主要因素指標

以上各主要因素指標權重值W依次為：0.098，0.204，0.091，0.083，0.083，0.242，0.088，0.054，0.011，0.046。對定性指標賦值，最后得出各方案的模糊決策優選矩陣R見表2。

表2 模糊決策優選矩陣

運用加權平均模型對各方案進行評價，計算結果為：A=WR=(0.648，0.631，0.622，0.564，0.621，0.587)。

按最大隸屬原則，上述方案從優到劣的次序依次是：方案Ⅰ>方案Ⅴ>方案Ⅱ>方案Ⅲ>方案Ⅵ>方案Ⅳ。由此可知，對于急傾斜極薄礦脈群方案Ⅰ，最為適宜即人工出礦削壁充填法。

4 開采方案經濟效果比選

4.1 方案經濟效果評比指標選擇

方案經濟效果評價就是根據國民經濟與社會發展以及行業、地區發展規劃的要求，在擬定的技術方案、財務效益與費用估算的基礎上，采用科學的分析方法，把注意力集中在各個方案可能帶給企業的最終收益上，如企業年收益、年凈利潤額等，對技術方案的財務可行性和經濟合理性進行分析論證，來權衡它們的整體優勢和劣勢，為選擇技術方案提供科學的決策依據。

目前，在方案經濟效果評比中運用較多的指標有3種：反映企業經濟效益指標，如年銷售收入和凈利潤額，是目前方案比選和企業決策較為直觀的依據；反映方案效益規模的價值型指標，如凈現值；反映資金利用效率的利用率指標，如內部投資收益率。其中，凈現值和內部投資收益率指標考慮了資金的時間價值，在方案比選中應用最為廣泛，特別是后者。總體來說，這些指標從不同的角度和出發點考察方案的經濟效果，為了正確、全面地評價急傾斜極薄礦脈群聯合開采方案的經濟效果，此處同時使用這些分析評價指標來進行方案評比優選。

4.2 開采方案經濟效果測算及評比

根據對珊瑚礦有極薄礦脈統計分析可知,極薄礦脈地質儲量400萬t，平均鎢(WO3)品位1.096%，錫品位(Sn)0.374%，年供礦量21萬t，設計服務年限15 a。極薄礦脈群聯合開采方案經濟效果評比指標計算結果見表3。

根據表3中各方案經濟效果指標可以發現，無論從年銷售收入、凈利潤來看，還是從凈現值和內部投資收益率來看，對于急傾斜極薄礦脈群最為適宜采用方案Ⅰ(人工出礦削壁充填法)聯合開采。

表3 開采方案經濟效益評比指標

5 結 論

為解決珊瑚礦急傾斜極薄礦脈群井下開采存在的一系列問題，本研究在分析了珊瑚礦開采技術條件、開采現狀和該類礦脈群開采發展趨勢，確定了可行的方案，采用模糊綜合評判法以及開采方案經濟效果評比兩種手段，對各個開采方案從不同的角度和出發點進行優選研究，得出珊瑚礦急傾斜極薄礦脈群聯合開采方案最佳選擇為人工出礦削壁充填法。該方案能較好的滿足珊瑚礦急傾斜極薄礦脈群開采技術條件和生產管理需要，同時能為企業帶來相對高的經濟效益。

最后，對珊瑚礦急傾斜極薄礦脈群開采工藝技術改造后企業抗風險能力進行了測算，發現：企業盈虧平衡點產量為12萬t；盈虧平衡點鎢精礦(WO3，65%)價格為58286元/t、錫(Sn)金屬價格為64357元/t；盈虧平衡點出礦品位鎢(WO3)0.430%、錫(Sn)0.152%。總體來說，企業抗風險能力強，管理層一致認可急傾斜極薄礦脈群采用人工出礦削壁充填法聯合開采方案進行開采。

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